10781

Экспериментальные исследования процесса распределения тепла при сварке

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Отчет по лабораторной работе №4 Экспериментальные исследования процесса распределения тепла при сварке по дисциплине Теория сварочных процессов Цель работы: приобрести опят и навыки экспериментального определения температуры в ходе нагрева и охлаждения ...

Русский

2013-04-01

2.43 MB

12 чел.

Отчет по лабораторной работе №4

«Экспериментальные исследования процесса

распределения тепла при сварке»

по дисциплине «Теория сварочных процессов»

  Цель работы: приобрести опят и навыки экспериментального определения температуры в ходе нагрева и охлаждения при сварке.

  Материалы и оборудование: сварочный пост, набор слесарных инструментов, провода для изготовления термопар, пластины из стали, покрытые электроды, штангенциркуль, секундомер, потенциометр.

  Методы измерения температуры нагретых тел:

Существует много методов определения температур, назовём лишь те методы, которые используют при сварке.

Один из простейших метопов, так называемый "цветовой" заключается в использовании индикаторов температуры: термокраски или термокарандаша.

Термокраски меняют цвет непрерывно (позволяя наблюдать положение изотермических линий) или резко (при  определенной температуре и сохраняют ее в дальнейшем). Диапазон измеряемых температур 300...1800 K.

Термокарандаши изготовляют для диапазона 300...950 K с градацией 50...80 К. Нанося различными карандашами риски, как мелом можно быстро определить  распределение температур по изменению цвета. Точность измерения составляет несколько Кельвин.

Температуру можно измерить с помощью чувствительных элементов и датчиков. Наиболее простыми датчиками температуры   являются электроконтактные термометры с чувствительными ртутными элементами. Точность электроконтактных термометров составляет 2...5°С. Однако с их помощью можно контролировать температуру только до 300°С.

Более широкое применение имеют термометры сопротивления. Они позволяют контролировать температуру до 1250°С. Точность проволочных термометров сопротивления составляет 0,5%.

Чаще всего для  измерения температур при сварке используют термоэлектрические чувствительные элементы - термопары, действие которых основано, на возникновении ЭДС спая разнородных проводников.

Широкое применение получили термопары: хромель-алюмель, хромель-копедь, платина-платинородий. Рабочие диапазоны их соответственно -20 ...+ 1000°C, -500...+ 600°C, -20...1600°C.

При температурах выше 1900 K применяют пирометры. Пирометрами называют устройства, состоящие из оптической системы и приемника излучения,  позволяющие измерить температуру тела по интенсивности и спектральному составу их теплового излучения оптическим методом без прямого контакта с "объектом. Различают пирометру полного излучения - радиационные; частичного излучения - монохроматического излучения - яркостного; спектрального соотношения - цветов.

 

Программа работы:

1. Подготовка пластин.

Внешнюю поверхность образцов зачистили до металлического блеска (рис. 1).

Рис. 1. Подготовка образцов

С помощью штангенциркуля провели метну в виде сплошной линии посередине образца по всей его длине. Вторую метку, перпендикулярно первой, тоже посередине образца. Аналогично разметили пластинку и с обратной стороны (рис. 2).

Рис. 2. Отметка рисок

На обратной стороне пластины в точке, отмеченной риской, сделали рассверловку диаметром 1...2 мм для зачеканки термопары (глухое отверстие) (рис. 3, 4).

Рис. 3. Рассверловка пластин

Рис. 4. Получение отверстия

2. Изготовление термопары.

Заварить термопару (рис. 5, 6, 7) и получить «горячий» спай (рис. 8).

Рис. 5. Проволока для изготовления термопар

Рис. 6. Заварка термопары

Рис. 7. Получение термопары

Рис. 8. «Горячий» спай

3. Проверка термопары на работоспособность (рис. 9).

Для чего присоединили "холодный" спай к измерительному прибору, а "горячий" спай нагрели с помощью зажигалки, при этом стрелка прибора должна не отклонялась в сторону увеличения температуры, поэтому поменяли полюса термопары.

Рис. 9. Проверка термопары на работоспособность

4. Зачиканка и подключение.

"Горячий" спай термопары, после проверки ее работоспособности, ввели в просверленное отверстие пластины и зачеканили с помощью керна  (рис.10),  причем термопара, во избежание ее выхода из строя, проводится под крышкой сварочного стола и через продольную прорезь подкладки (рис.11).

Рис. 10. Зачеканка термопары

Рис. 11. Получение зачеканки

5. Наплавка валика.

Произвели наплавку валика электродом на постоянном токе прямой полярности, начиная от одного из краев пластины к центру до метки, где начеканена термопара (рис. 12).

Рис. 12. Наплавка валика

6. Снятие данных, температуры и времени (см. карту измерений).

Фиксировали температуру в точке закрепления термопары в процессе сварки, и после ее окончания через определенные моменты времени (рис.13).

Рис. 13. Фиксирование температуры

7. Повторили наплавку на постоянном токе другой полярности и повторили все предыдущие операции, причем на поперечной метке, отступив от середины образца около 15 мм,  сделали отметку в виде риски.

8. Обработка полученных данных (графики).

Рис. 14. Термический цикл точки закрепления термопар

зелёный – первый образец; красный – второй образец

Из красного графика видно, что первое время после начала сварки изменение температуры не происходит, т.к. вводимое тепло не достигло термопары, из-за теплофизических свойств металла.

Начиная с 27 секунды накопленное тепло начинает достигать термопары, произошло увеличение температуры до 80 градусов.

В момент прохождения источника тепла над термопарой, температура не достигает максимальной, потому что тепло ещё не дошло до неё.

На 42 секунде температура достигает максимальной и равной 900 градусов, это происходит за счет того, что накопленное тепло достигло термопары и тепло также продолжает вводиться.

Затем идет снижение температуры до 760 градусов на 45 секунде. Тепло продолжает вводиться, но не успевает достигнуть термопары, т.к. источник тепла удаляется.

На 51 секунде наплавка закончилась. И в течение 190 секунд температура пластины начинает плавно понижаться до 180 градусов, т.к. тепло уже не вводиться, а накопленное уходит в окружающую среду.

Из зелёного графика видно, что изменение температуры происходит раньше. На 21 секунде температура пластины равняется 40 градусов, за счет того, что тепло распространяется равномерно в сторону термопары.

Максимальная температура равная 1100 градусам, достигается на 32 секунде, затем идет резкое снижение температуры до 620 градусов. На 51 секунде наплавка закончилась. И в течение 190 сек температура плавно понижается до 200 град.

9. Определение температуры по цветам побежалости.

Таблица 2

Рис. 15. Зависимость температуры от цвета побежалости

Из графиков распределения температуры в металле видно, что чем дальше от центра шва находится цвет, тем больше расстояние от центра шва до этого цвета и тем меньше температура. При сравнении графиков видно, что при одинаковой температуре 275 градусов (пурпурно-красный цвет побежалости) расстояние от центра шва до начала цвета побежалости первого образца больше, чем у второго, т.к. в первом образце температура распространялась в одну сторону (наплавка производилась по центру), а во втором наплавка производилась по краю.

  Вывод:

В данной лабораторной работе мы проводили эксперимент, определяющий температуру в ходе нагрева и охлаждения при сварке. Мы проводили сварку на двух образцах. На первом образце шов проходит посередине пластины, а во втором образце шов проходит с краю. Сравнив полученные данные видно, что Тmах в первом образце больше, чем во втором, т.к. тепло в первом образце распространяется равномерно в одну сторону пластины, а во втором тепло распространяется равномерно в обе стороны относительно шва, т.к. площадь распространения тепла больше, чем во втором образце.             


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

23900. Гомер Одиссея 26.48 KB
  Одиссея поэма сказочная и бытовая действие ее разворачивается с одной стороны в волшебных краях великанов и чудовищ где скитался Одиссей с другой в его маленьком царстве на острове Итаке и в ее окрестностях где ждали Одиссея его жена Пенелопа и его сын Телемах. Обо всем что было раньше Одиссей рассказывает на пиру в середине поэмы и рассказывает очень сжато: на все эти сказочные приключения в поэме приходится страниц пятьдесят из трехсот. В Троянской войне Одиссей очень много сделал для греков особенно там где нужна была...
23901. Еврипид Ифигения в Авлиде 17.11 KB
  Греки собрались на них огромным войском во главе его встал аргосский царь Агамемнон брат Менелая и муж Клитемнестры сестры Елены. Может быть Агамемнон на досуге развлекаясь охотою одной стрелою поразил лань и не в меру гордо воскликнул что сама Артемида не ударила бы метче а это было оскорблением богине. Гадатель сказал: богиня требует себе человеческой жертвы пусть на алтаре будет зарезана родная дочь Агамемнона и Клитемнестры красавица Ифигения. За Ифигенией послали гонцов: пусть ее привезут в греческий стан царь Агамемнон...
23902. Еврипид Ифигения в Тавриде 17.56 KB
  У великого аргосского царя Агамемнона главного вождя греческой рати в Троянской войне была жена Клитемнестра и было от нее трое детей: старшая дочь Ифигения средняя дочь Электра и младший сын Орест. Агамемнон сделал это; как это произошло Еврипид показал в трагедии Ифигения в Авлиде. При этом храме Ифигения стала жрицей.
23903. Еврипид Медея 17.48 KB
  В Колхиде правил могучий царь сын Солнца; дочь его царевнаволшебница Медея полюбила Ясона они поклялись друг Другу в верности и она спасла его. Вовторых когда они отплывали из Колхиды Медея из любви к мужу убила родного брата и разбросала куски его тела по берегу; преследовавшие их колхидяне задержались погребая его и не смогли настичь беглецов. Втретьих когда они вернулись в Иолк Медея чтобы спасти Ясона от коварства Пелия предложила дочерям Пелия зарезать их старого отца обещав после этого воскресить его юным.
23904. Софокл Антигона 17.64 KB
  Когда Эдип отрекся от власти и удалился в изгнание править стали вдвоем Этеокл и Полиник под надзором старого Креонта свойственника и советника Эдипа. После гибели Этеокла и Полиника власть над Фивами принял Креонт. Но Креонт думал не о людях и не о богах а о государстве и власти. Навстречу хору выходит Креонт и оглашает свой указ: герою честь злодею срам тело Полиника брошено на поругание к нему приставлена стража кто нарушит царский указ тому смерть.
23905. Софокл Трахинянки 17.08 KB
  Знаменит он только тем что в нем прожил свои последние годы величайший из греческих героев Геракл сын Зевса. Почти все греческие герои были царями в разных городах и городках кроме Геракла. Когда Геракл кончил свою подневольную службу он пошел на край Греции свататься к Деянире. Геракл схватился с богом в борьбе придавил его как гора; тот обернулся змеем Геракл стиснул ему горло; тот обернулся быком Геракл сломил ему рог.
23906. Филоктет - характеристика литературного героя 14.8 KB
  Филоктет характеристика литературного героя персонажа Филоктет ФИЛОКТЕТ герой трагедии Софокла Филоктет поставлена в 409 г. создали кроме Софокла и Эсхил и Еврипид обе хронологически предшествовали Софокловой но последние произведения не сохранились. на пути под Трою во время жертвоприношения у Софокла на Хрисе около Лемноса по другим версиям на о. исключительный для Софокла случай наученный Одиссеем выдает себя за жертву Атридов.
23907. Софокл Царь Эдип 16.7 KB
  Назвали мальчика Эдип. Эдип вырос сильным и умным. Эдип был в ужасе.
23908. Софокл Эдип в Колоне 16.43 KB
  Среди этой рощи стоял алтарь в честь героя Эдипа: считалось что этот фиванский герой здесь похоронен и охраняет эту землю. От кровосмесительного брака с матерью у Эдипа были два сына и две дочери: Этеокл и Полиник Антигона и Исмена. Когда Эдип ослепил себя за грехи и ушел от власти оба сына отшатнулись от него.